一种机械臂及太阳光模拟器的制作方法

1.本技术涉及机械传动技术领域，具体而言，涉及一种机械臂及太阳光模拟器。


背景技术：

2.太阳光模拟器可以用来模拟实验、生产所需的真实太阳光辐照条件，可实现全天候不间断的光辐照条件，使实验、生产不受测试条件与环境的约束，因而其在光伏器件的研究和质检中被广泛的应用。
3.现有技术中，通常根据被测试产品设计专用独立支架对太阳光模拟器进行安装固定，按照测试步骤通过手工的方式对太阳模拟器的照射角度及位置进行调整。由于结构件支架通常都相对简单，太阳光模拟器本身体积较大重量较重，调节难度较大，对于复杂的测试要求一般很难满足。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种机械臂及太阳光模拟器，能够简化调节形式，并降低操作难度。
5.本技术的实施例是这样实现的：
6.本技术实施例的一方面，提供一种机械臂，包括主臂，以及与所述主臂转动连接的第一支臂，所述第一支臂与第二支臂转动连接，所述第二支臂上设置有末端执行器，所述末端执行器用于连接作用件，其中，所述第一支臂相对于所述主臂的转动平面与所述第二支臂相对于所述第一支臂的转动平面垂直。
7.可选地，所述主臂包括第一连接座，所述第一支臂包括第二连接座，所述第一连接座与第一轴承法兰的外圈连接，所述第二连接座通过第一齿轮盘与所述第一轴承法兰的内圈连接，所述第一连接座或所述第二连接座上设置有第一电机，所述第一电机通过第一传动齿轮与所述第一齿轮盘啮合。
8.可选地，所述第二支臂包括第一支架和第二支架，以及设置在所述第一支架和所述第二支架之间的连接臂，其中，所述第一支架、所述第二支架与所述连接臂形成平行四边形结构，所述第一支架与所述第一支臂固定连接，所述第一支臂与所述连接臂之间通过直线驱动件连接。
9.可选地，所述直线驱动件包括直线电机、电动推杆、液压缸或气缸的任意一种。
10.可选地，所述第二支架上设置有安装座，所述末端执行器包括支臂横梁，以及设置在所述支臂横梁上的第三连接座，所述安装座与第二轴承法兰的外圈连接，所述第三连接座通过第二齿轮盘与所述第二轴承法兰的内圈连接，所述安装座或所述第三连接座上设置有第二电机，所述第二电机通过第二传动齿轮与所述第二齿轮盘啮合。
11.可选地，所述末端执行器还包括设置在所述支臂横梁上的驱动组件，所述支臂横梁上还设置有分别与驱动组件连接的旋转平移组件，所述旋转平移组件包括套筒，以及分别设置在所述套筒上的第一连接组件和第二连接组件，所述第一连接组件和所述第二连接
组件用于和所述作用件连接，其中，所述第一连接组件和所述第二连接组件能够绕所述套筒转动，且所述第一连接组件能够沿所述套筒的延伸方向滑动，所述第二连接组件位于所述第一连接组件滑动范围之外。
12.可选地，所述旋转平移组件还包括与所述支臂横梁转动连接的传动轴和丝杆，所述驱动组件分别与所述传动轴和丝杆传动连接，所述丝杆位于所述套筒内，所述丝杆通过螺母与所述第一连接组件传动连接，所述传动轴与所述第二连接组件传动连接。
13.可选地，所述驱动组件包括设置在所述支臂横梁上的第一电机和第二电机，所述第一电机的输出端设置有第一同步轮，所述第二电机的输出端设置有第二同步轮；所述传动轴靠近所述支臂横梁的一端设置有第一惰轮，所述丝杆靠近所述支臂横梁的一端设置有第二惰轮，所述第一同步轮通过第一同步带与所述第一惰轮连接，所述第二同步轮通过第二同步带与所述第二惰轮连接。
14.本技术实施例的另一方面，提供一种太阳光模拟器，包括如上所述任意一项所述的机械臂，以及与所述机械臂的末端执行器连接的光源。
15.可选地，所述太阳光模拟器还包括支撑底座，所述机械臂的主臂设置在所述支撑底座上，所述支撑底座上还设置有与所述机械臂电连接的控制箱，用于控制所述机械臂的动作，所述支撑底座上还设置有滚轮，用于使所述支撑底座移动位置。
16.本技术实施例的有益效果包括：
17.本技术实施例提供的机械臂及太阳光模拟器，通过设置在末端执行器上的作用件，以对作用件的姿态更好更精准的进行控制，以更好的满足实际调控需要。通过与末端执行器连接的第二支臂，在第二支臂与第一支臂之间转动时，带动末端执行器进行空间位置的调整。在第一支臂与主臂之间相对转动时，带动第二支臂进行空间位置的调整，从而带动末端执行器进行位置的调整。由于第一支臂相对于所述主臂的转动平面与所述第二支臂相对于所述第一支臂的转动平面垂直，可带动末端执行器在不同的空间维度进行调整，以更好的对作用件的姿态和方位进行调整，从而满足多样化的调节形式。在对作用件调节过程中，无需通过拆装等形式进行调整，能够简化调节形式，并降低操作难度。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
19.图1为本技术实施例提供的机械臂的结构示意图；
20.图2为本技术实施例提供的主臂与第一支臂连接的结构示意图；
21.图3为图2中a处的局部放大图；
22.图4为本技术实施例提供的第一支臂与第二支臂连接的结构示意图；
23.图5为本技术实施例提供的第二支架与支臂横梁连接的结构示意图；
24.图6为本技术实施例提供的第二支臂与末端执行器连接的结构示意图；
25.图7为本技术实施例提供的末端执行器的结构示意图；
26.图8为本技术实施例提供的太阳光模拟器的结构示意图。
27.图标：100－机械臂；110－主臂；112－第一连接座；114－第一轴承法兰；116－第一电机；118－第一传动齿轮；120－第一支臂；122－第二连接座；124－第一齿轮盘；126－限位盘；130－第二支臂；131－第一支架；132－第二支架；133－连接臂；134－直线驱动件；135－安装座；136－第二轴承法兰；137－第二电机；138－第二传动齿轮；140－末端执行器；142－支臂横梁；143－第三连接座；145－第二齿轮盘；146－驱动组件；1462－第一电动机；1464－第二电动机；147－套筒；1472－传动轴；1473－第一惰轮；1474－丝杆；1475－螺母；1476－第二惰轮；148－第一连接组件；149－第二连接组件；200－太阳光模拟器；210－光源；220－支撑底座；230－控制箱；240－滚轮。
具体实施方式
28.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
29.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
30.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
31.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
32.请参照图1，本实施例提供一种机械臂100，包括主臂110，以及与主臂110转动连接的第一支臂120，第一支臂120与第二支臂130转动连接，第二支臂130上设置有末端执行器140，末端执行器140用于连接作用件，其中，第一支臂120相对于主臂110的转动平面与第二支臂130相对于第一支臂120的转动平面垂直。
33.具体的，主臂110可以设置在固定载体或者可移动载体上，以根据实际使用环境灵活设置，通过与主臂110转动连接的第一支臂120，能够使第一支臂120相对于主臂110转动预设角度，以实现所需位置的转换。通过将第二支臂130与第一支臂120转动连接，使得第二支臂130的转动范围与第一支臂120的转动范围相叠加，以提供更广泛的调节范围。通过在第二支臂130上设置末端执行器140，有利于在通过第一支臂120和第二支臂130调整好大致范围之后，通过末端执行器140进行微调，以保证所需的定位精度，和对作用件操作的灵活性。通过将第一支臂120相对于主臂110的转动平面与第二支臂130相对于第一支臂120的转动平面垂直设置，能够通过第一支臂120的转动和第二支臂130的转动调节末端执行器140不同的维度的空间位置，从而满足多方位的调节形式。
34.另外，本技术实施例对主臂110、第一支臂120和第二支臂130的设置形式(长度、类型)不做具体限制，只要能够起到所需的支撑作用即可。示例的，主臂110、第一支臂120和第二支臂130可采用立柱，或者其他连接架等形式，以确保各元器件与机械臂100之间更好的配合连接。其中，设置在末端执行器140上的作用件可以为光源210、机械手、毛刷或钻头等，本技术实施例对此不做具体。
35.本技术实施例提供的机械臂100，通过设置在末端执行器140上的作用件，以对作用件的姿态更好更精准的进行控制，以更好的满足实际调控需要。通过与末端执行器140连接的第二支臂130，在第二支臂130与第一支臂120之间转动时，带动末端执行器140进行空间位置的调整。在第一支臂120与主臂110之间相对转动时，带动第二支臂130进行空间位置的调整，从而带动末端执行器140进行位置的调整。由于第一支臂120相对于所述主臂110的转动平面与所述第二支臂130相对于所述第一支臂120的转动平面垂直，可带动末端执行器140在不同的空间维度进行调整，以更好的对作用件的姿态和方位进行调整，从而满足多样化的调节形式。在对作用件调节过程中，无需通过拆装等形式进行调整，能够简化调节形式，并降低操作难度。
36.如图2和图3所示，主臂110包括第一连接座112，第一支臂120包括第二连接座122，第一连接座112与第一轴承法兰114的外圈连接，第二连接座122通过第一齿轮盘124与第一轴承法兰114的内圈连接，第一连接座112或第二连接座122上设置有第一电机116，第一电机116通过第一传动齿轮118与第一齿轮盘124啮合。
37.具体的，第一连接座112和第二连接座122可以采用连接法兰，在主臂110与第一支臂120转动连接时，可采用第一轴承法兰114作为连接的载体，以实现主臂110与第一支臂120之间的相对转动。同时，为了对第一支臂120提供转动所需的动力，第二连接座122通过第一齿轮盘124与第一轴承法兰114的内圈连接，第一连接座112与第一轴承法兰114的外圈连接，在第一齿轮盘124转动时，带动第一轴承法兰114的内圈和第一支臂120同步转动。其中，第一电机116设置在第一连接座112上时，第一电机116与第一连接座112相对固定，第一电机116通过第一传动齿轮118与第一齿轮盘124啮合，以带动第一齿轮盘124转动。第一电机116设置在第二连接座122上时，第一电机116与第二连接座122相对固定，第一电机116通过第一传动齿轮118与第一齿轮盘124啮合，以带动第一齿轮盘124转动，此时，第一电机116和第一支臂120同步转动的同时，第一传动齿轮118与第一齿轮盘124相对转动。
38.在本技术的可选实施例中，第二连接座122与第一齿轮盘124之间还可设置有限位盘126，第一电机116通过固定座与第一连接座112或第二连接座122固定连接，固定座上设置有接近开关，限位盘126上对应设置有凸台，当接近开关与凸台对应时，感应第二连接座122转动的极限位置，以便于和机械臂100连接的控制器及时关停第一电机116的动作，有利于保证机械臂100运行时的稳定性。
39.如图4所示，第二支臂130包括第一支架131和第二支架132，以及设置在所述第一支架131和所述第二支架132之间的连接臂133，其中，第一支架131、第二支架132与连接臂133形成平行四边形结构，第一支架131与第一支臂120固定连接，第一支臂120与连接臂133之间通过直线驱动件134连接。
40.具体的，第一支架131与第一支臂120远离主臂110的一端连接，第一支架131和第二支架132上分别设置有铰接孔，以使连接臂133分别与第一支架131和第二支架132铰接，
从而形成第一支架131、第二支架132与连接臂133之间平行四边形结构。这样一来，通过直线驱动组件146的直线伸缩运动使连接臂133分别与第一支架131和第二支架132之间相对转动，并改变第二支臂130与第一支臂120之间的夹角，从而通过连接臂133与第一支架131和第二支架132之间相对位置的转变，实现第一支臂120与第二支架132之间相对转动的目的。
41.在本技术的可选实施例中，直线驱动件134包括直线电机、电动推杆、液压缸或气缸的任意一种。可根据实际需要灵活设置，示例的，在具有液压站或空压机的工厂，采用压缩空气或液压油的驱动方式比较方便时，就可以采用气缸或液压缸。而在一般的场所，采用电力比较方便时，就可以采用电动推杆或直线电机，以实现所需的驱动。
42.如图5所示，第二支架132上设置有安装座135，末端执行器140包括支臂横梁142，以及设置在支臂横梁142上的第三连接座143，安装座135与第二轴承法兰136的外圈连接，第三连接座143通过第二齿轮盘145与第二轴承法兰136的内圈连接，安装座135或第三连接座143上设置有第二电机137，第二电机137通过第二传动齿轮138与第二齿轮盘145啮合。
43.具体的，安装座135和第三连接座143可以采用连接法兰，在第二支架132与支臂横梁142转动连接时，可采用第二轴承法兰136作为连接的载体，以实现第二支架132与支臂横梁142之间的相对转动。同时，为了对支臂横梁142提供转动所需的动力，第三连接座143通过第二齿轮盘145与第二轴承法兰136的内圈连接，安装座135与第二轴承法兰136的外圈连接，在第二齿轮盘145转动时，带动第二轴承法兰136的内圈和支臂横梁142同步转动。其中，第二电机137设置在安装座135上时，第一电机116与安装座135相对固定，第二电机137通过第二传动齿轮138与第二齿轮盘145啮合，以带动第二齿轮盘145转动。第二电机137设置在第三连接座143上时，第二电机137与第三连接座143相对固定，第二电机137通过第二传动齿轮138与第二齿轮盘145啮合，以带动第二齿轮盘145转动，此时，第二电机137和支臂横梁142同步转动的同时，第二传动齿轮138与第二齿轮盘145相对转动。
44.在本技术的可选实施例中，第三连接座143与第二齿轮盘145之间也可设置有限位盘，第二电机137通过固定座与安装座135或第三连接座143固定连接，固定座上设置有接近开关，限位盘上对应设置有凸台，当接近开关与凸台对应时，感应第三连接座143转动的极限位置，以便于和机械臂100连接的控制器及时关停第二电机137的动作，有利于保证机械臂100运行时的稳定性。可以理解的，也可以直接在第二齿轮盘145上设置凸台，取消限位盘的设置形式，以达到同样的目的。
45.如图6所示，末端执行器140还包括设置在支臂横梁142上的驱动组件146，支臂横梁142上还设置有分别与驱动组件146连接的旋转平移组件，旋转平移组件包括套筒147，以及分别设置在套筒147上的第一连接组件148和第二连接组件149，第一连接组件148和第二连接组件149用于和作用件连接，其中，第一连接组件148和第二连接组件149能够绕套筒147转动，且第一连接组件148能够沿套筒147的延伸方向滑动，第二连接组件149位于第一连接组件148滑动范围之外。
46.具体的，第二连接组件149和第二连接组件149共同作用于作用件，为作用件的空间变换和姿态变换提供连接的桥梁。示例的，在第一连接组件148和第二连接组件149绕套筒147转动时，以带动作用件转动特定的角度，以根据需要指向不同位置处。也可以使第一连接组件148沿套筒147的延伸方向滑动，在第一连接组件148沿套筒147滑动的过程中，带
动作用件做出相应的状态转换，如作用件的俯仰动作。
47.可以理解的，在第一连接组件148和第二连接组件149与作用件连接时，可通过连杆分别与作用件连接，这样一来，第一连接组件148、第二连接组件149、连杆和作用件之间形成四边形结构，在第一连接组件148沿套筒147延伸方向滑动时，可以使作用件具有俯仰或升降等动作，在第一连接组件148和第二连接组件149绕套筒147转动时，带动作用件同步转动对应的角度，从而实现对作用件多样化的调节控制。
48.如图7所示，旋转平移组件还包括与支臂横梁142转动连接的传动轴1472和丝杆1474，驱动组件146分别与传动轴1472和丝杆1474传动连接，所述丝杆1474位于所述套筒147内，所述丝杆1474通过螺母1475与所述第一连接组件148传动连接，所述传动轴1472与所述第二连接组件149传动连接。
49.具体的，传动轴1472和丝杆1474分别与支臂横梁142转动连接，在驱动组件146分别与传动轴1472和丝杆1474传动连接时，以带动传动轴1472转动或丝杆1474转动，也可同时带动传动轴1472和丝杆1474转动。在传动轴1472转动时，通过传动轴1472带动第二连接组件149绕套筒147转动，在丝杆1474转动时，通过螺母1475带动第一连接组件148沿套筒147滑动。由于第一连接组件148和第二连接组件149分别与作用件连接，在第二连接组件149绕套筒147转动时，通过作用件使第二连接组件149绕套筒147同步转动，以实现对作用件姿态的调节。
50.如图6和图7所示，驱动组件146包括设置在支臂横梁142上的第一电动机1462和第二电动机1464，第一电动机1462的输出端设置有第一同步轮，第二电动机1464的输出端设置有第二同步轮；传动轴1472靠近支臂横梁142的一端设置有第一惰轮1473，丝杆1474靠近支臂横梁142的一端设置有第二惰轮1476，第一同步轮通过第一同步带与第一惰轮1473连接，第二同步轮通过第二同步带与第二惰轮1476连接。
51.具体的，采用上述形式，可通过第一电动机1462带动传动轴1472转动，并通过第二电动机1464带动丝杆1474转动，第一电动机1462和第二电动机1464可根据需要选择同时启动，或仅其中一个启动，这样一来，就可以通过传动轴1472带动第二连接组件149转动，并通过丝杆1474带动第一连接组件148沿套筒147滑动，使传动结构更加紧凑，提升空间利用率。
52.如图8所示，本技术实施例还提供一种太阳光模拟器200，包括前述实施例中的机械臂100，以及与机械臂100的末端执行器140连接的光源210。该太阳光模拟器200包含与前述实施例中的机械臂100相同的结构和有益效果。机械臂100的结构和有益效果已经在前述实施例中进行了详细描述，在此不再赘述。
53.如图8所示，太阳光模拟器200还包括支撑底座220，机械臂100的主臂110设置在支撑底座220上，支撑底座220上还设置有与机械臂100电连接的控制箱230，用于控制机械臂100的动作，支撑底座220上还设置有滚轮240，用于使支撑底座220移动位置。
54.具体的，将控制箱230设置在支撑底座220上，有利于提升支撑底座220的自重，使太阳光模拟器200重心更加稳定，避免发生侧翻。滚轮240可采用带刹车的万向轮，方便对支撑底座220临时移动位置并固定。另外，支撑底座220上设置的控制箱230分别与机械臂100的驱动件(如第一电机116和第二电机137)连接，以控制机械臂100的动作，有利于简化对太阳光模拟器200的调节形式，并降低操作难度。
55.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技
术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。